近日，中國農業科學院植物保護研究所作物病原生物功能基因組研究創新團隊聯合清華大學生命科學學院，首次發現植物病毒可以利用植物的DNA主動去甲基化機制來逃逸植物的防御反應，相關研究結果在線發表于《自然—通訊》（ Nature Communications ）。
據論文通訊作者周雪平教授介紹，雙生病毒是一類單鏈環狀DNA病毒，可侵染糧食、蔬菜等眾多重要作物，在全世界范圍內造成巨大經濟損失。雙生病毒和寄主植物之間存在著復雜的“進攻—防御—反防御”關系：植物可對雙生病毒基因組進行DNA甲基化修飾，從而抑制其轉錄活性、抵御病毒侵染；而雙生病毒也通過其編碼的蛋白干擾植物的DNA甲基化的建立和維持，從而抑制植物的防御反應。
然而，DNA主動去甲基化在植物—病毒博弈過程中是否發揮功能，以及病毒是否直接利用DNA主動去甲基化通路來增強其侵染，是有待回答的重要科學問題。
研究團隊以中國番茄黃曲葉病毒及其伴隨衛星DNA作為研究對象，發現中國黃曲葉病毒單獨侵染不會引起植物發病，只有和衛星DNA共同侵染才導致植物發病。
DNA糖基化酶在植物中負責DNA主動去甲基化，他們研究發現，如果讓本氏煙中的DNA糖基化酶沉默，就能顯著抑制黃曲葉病毒及其衛星DNA的侵染，說明該病毒的致病性依賴于DNA主動去甲基化。
但究竟該過程的分子機制如何？周雪平介紹，由于衛星DNA會編碼一個被稱為βC1的蛋白，該團隊探究了βC1蛋白能否靶向調控DNA糖基化酶。
結果發現，βC1能夠與本氏煙的DNA糖基化酶相互作用，βC1第17位氨基酸Val的突變會破壞βC1與糖基化酶的相互作用。當用中國黃曲葉病毒和衛星DNA編碼蛋白βC1第17位氨基酸Val進行復合侵染時，植物發病癥狀很輕微，病毒在葉片中積累量較低，病毒基因組甲基化水平較高，說明βC1與糖基化酶的相互作用對于衛星病毒的致病性及病毒基因組去甲基化很重要。
團隊還發現，βC1調控DNA主動去甲基化和病毒侵染在其它植物中保守存在。βC1也可與擬南芥的DNA糖基化酶DME發生相互作用，并且βC1與DME的相互作用對于能夠侵染擬南芥的甜菜嚴重卷曲頂端病毒（BSCTV)致病性以及降低BSCTV基因組甲基化至關重要。進一步的體外生化實驗和體內遺傳實驗表明，βC1通過與DME相互作用，增強DME活性，降低病毒基因組甲基化水平，從而促進病毒侵染。
DNA主動去甲基化長久以來被認為是調控植物內源基因表達的重要機制，該研究首次揭示DNA主動去甲基化可以靶向病毒基因組。
DME長久以來被認為特異表達于生殖細胞，在生殖細胞中負責主動去甲基化從而促進基因和轉座子激活，該研究證實DME可以在生殖細胞以外的組織中發揮功能。
論文發表后，被《自然—通訊》列為植物與農業領域的精選論文（Featured article）。
該研究得到了國家自然科學基金委重點項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28262-3
